LED照明燈具的可靠性(壽命)很大程度上取決于散熱水平,所以提高散熱水平是關鍵技術之一。主要是解決芯片產生多余熱量通過熱沉、散熱體傳出去,這是個很復雜的技術問題。
LED燈具的功率,哪些LED需要考慮散熱問題,功率LED需要散熱。功率LED是指工作電流在100mA以上的發(fā)光二極管。是我國行標參照美國ASSIST聯盟定義的,按現有二種LED的正向電壓典型值2.1V及3.3V,即輸入功率在210mw及330mw以上的LED均為功率LED,都需要考慮器件熱散問題,有些人可能有不同看法,但實踐證明,要提高功率LED的可靠性(壽命),就要考慮功率LED的散熱問題。
散熱有關參數與LED散熱有關的主要參數有熱阻、結溫和溫升等。
熱阻是指器件的有效溫度與外部規(guī)定參考點溫度之差除以器件中的穩(wěn)態(tài)功率耗散所得的商。它是表示器件散熱程度的重要參數。目前散熱較好的功率LED熱阻≤10℃/W,國內報道好的熱阻≤5℃/W,國外可達熱阻≤3℃/W,如做到這個水平可確保功率LED的壽命。
結溫是指LED器件中主要發(fā)熱部分的半導體結的溫度。它是體現LED器件在工作條件下,能否承受的溫度值。為此美國SSL計劃制定提高耐熱性目標。芯片及熒光粉的耐熱性還是很高的,目前已經達到芯片結溫在150℃下,熒光粉在130℃下,基本對器件的壽命不會有什么影響。說明芯片熒光粉耐熱性愈高,對散熱的要求就愈低 。
溫升有幾種不同的溫升,我們這里所討論的是:管殼-環(huán)境溫升。它是指LED器件管殼(LED燈具可測到的熱點)溫度與環(huán)境(在燈具發(fā)光平面上,距燈具0.5米處)溫度之差。它是一個可以直接測量到的溫度值,并可直接體現LED器件外圍散熱程度,實踐已證明,在環(huán)境溫度為30℃時,如果測得LED管殼為60℃,其溫升應為30℃,此時基本上可確保LED器件的壽命值,如溫升過高,LED光源的維持率將會大幅度下降。
LED燈具的散熱新問題:
隨著LED照明產品的發(fā)展,有二種新的技術:其一,為了增大單管的光通量,注入更大的電流密度,如下面所提,以致芯片產生更多的熱量,需要散熱。其二,封裝新結構,隨著LED光源功率的增大,需要多個功率LED芯片集合封裝在一起,如COB結構、模塊化燈具等,會產生更多的熱量,需要更有效的散熱結構及措施,這又給散熱提出新課題,否則會極大地影響LED燈具的性能及壽命。
而目前LED燈具的散熱總效能只有50%,還有很多電能要變成熱。其次,LED大電流密度和模塊化燈具等都會產生更多集中的余熱,需要很好散熱。
為提高散熱水平我們提供以下幾點建議:
1),從LED芯片來說,要采取新結構、新工藝,提高LED芯片結溫的耐熱性,以及其他材料的耐熱性,使得對散熱條件要求降低。
2),降低LED器件的熱阻,采用封裝新結構、新工藝,選用導熱性、耐熱性較好的新材料,包含金屬之間粘合材料、熒光粉的混合膠等,使得熱阻≤10℃/W或更低。
3),降低升溫,盡量采用導熱性好的散熱材料,在設計上要求有較好的通風孔道,使余熱盡快散出去,要求升溫應小于30℃。另外,提高模塊化燈具的散熱水平應提到日程上來。
4),散熱的辦法很多,如采用熱導管,當然很好,但要考慮成本因素,在設計時應考慮性價比問題。
此外,LED燈具的設計除了要提高燈具效率、配光要求、外形美觀之外,要提高散熱水平,采用導熱好的材料,有報道稱,散熱體涂上某些納米材料,其導熱性能增加30%。另外,要有較好的機械性能和密封性,散熱體還要防塵,要求LED燈具的溫升應小30℃。